DE10061526A1 - Premix burner arrangement for operating a combustion chamber - Google Patents

Premix burner arrangement for operating a combustion chamber

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DE10061526A1
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combustion chamber
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pilot fuel
air mixture
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Withdrawn
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DE10061526A
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German (de)
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Christian Steinbach
Timothy Griffin
Peter Jansohn
Thomas Ruck
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General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Schweiz AG
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Abstract

Beschrieben wird eine Vormischbrenneranordnung mit katalytischer Verbrennung zum Betrieb einer Brennkammer einer Gasturbinenanordnung sowie ein hierauf gerichtetes Verfahren, mit einem Vormischbrenner, in dem wenigstens eine Brennstoffzugabeeinheit sowie Zuluftöffnungen derart vorgesehen sind, dass gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff mit Verbrennungszuluft innerhalb des Vormischbrenners mischbar sind und ein Brennstoff-Luft-Gemisch bilden, das aus dem Vormischbrenner stromab in Richtung Brennkammer, die der Vormischbrenneranordnung nachgeordnet ist, austritt und innerhalb der Brennkammer zur Zündung bringbar ist. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass vor Eintritt des Brennstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer eine Katalysatoreinheit vorgesehen ist, durch die ein Teil des Brennstoff-Luft-Gemisches einleitbar ist und hindurchtritt, bevor dieser Teil zusammen mit dem übrigen Anteil des Brennstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer einströmt.Described is a premix burner arrangement with catalytic combustion for operating a combustion chamber of a gas turbine arrangement and a method directed thereto, with a premix burner in which at least one fuel addition unit and supply air openings are provided such that gaseous and / or liquid fuel can be mixed and mixed with combustion air within the premix burner Form fuel-air mixture, which emerges from the premix burner downstream in the direction of the combustion chamber, which is arranged downstream of the premix burner arrangement, and can be ignited within the combustion chamber. DOLLAR A The invention is characterized in that a catalyst unit is provided before the fuel-air mixture enters the combustion chamber, through which part of the fuel-air mixture can be introduced and passes before this part together with the remaining part of the Fuel-air mixture flows into the combustion chamber.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vormischbrenneranordnung sowie auf ein Verfahren zum Betrieb einer solchen mit einer Pilotbrennstoffeinspeisung zum Betrieb einer Brennkammer einer Gasturbinenanordnung, mit einem Vormischbrennergehäuse, in dem wenigstens eine Brennstoffzugabeeinheit sowie Zuluftöffnungen derart vorgesehen sind, dass gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff mit Verbrennungszuluft innerhalb des Vormischbrennergehäuses mischbar sind und ein Brennstoff-Luft-Gemisch bilden, das aus dem Vormischbrennergehäuse stromab in Richtung Brennkammer, die der Vormischbrenneranordnung nachgeordnet ist, austritt und innerhalb der Brennkammer in Form einer sich räumlich weitgehend stationär ausbildenden Flamme zu Zündung bringbar ist.The invention relates to a premix burner arrangement and to a Method for operating such a pilot fuel feed for Operation of a combustion chamber of a gas turbine arrangement, with a Premix burner housing in which at least one fuel addition unit and Supply air openings are provided such that they are more gaseous and / or more liquid Fuel with combustion air inside the premix burner housing are miscible and form a fuel-air mixture that from the Premix burner housing downstream towards the combustion chamber, which the Pre-mix burner assembly is downstream, exits and within the Combustion chamber in the form of a spatially largely stationary one Flame can be brought to ignition.

Stand der TechnikState of the art

Ein Vormischbrenner der vorstehend genannten Gattung ist Gegenstand der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 54 009 A1. Der bekannte Vormischbrenner weist ein sich kegelförmig aufweitendes Gehäuse auf, innerhalb dem sich durch entsprechendes Vorsehen von Lufteintrittsschlitzen ein Brennstoff-/Luftgemisch ausbildet. Ferner ist stromab ein Drallerzeuger vorgesehen, der dem Brennstoff- /Luftgemisch nach Passieren des Vormischbrenners eine bestimmte kritische Drallzahl verleiht, die für eine räumlich stabile Flamme erforderlich ist, die sich innerhalb der Brennkammer nach Entzünden des Brennstoff-/Luftgemisches ausbildet. Zum Anfahren bzw. Zünden derartiger Vormischbrenner bedarf es zur einer gezielten Pilotgaszufuhr in den Vormischbrenner. Nach Zündung des in den Vormischbrenner eingespeisten Pilotgases bildet sich eine Diffusionsflamme aus, die zur Entzündung des sich axial im Vormischbrenner ausbildenden Brennstoff- /Luftgemisch dient, das innerhalb der Brennerkammer eine im Idealfall räumlich stabile Flammenfront nahe der Rückströmzone bildet. Auch dient die Pilotgaszufuhr zur Erhöhung der Flammenstabilität im unteren Teillastbereich des Vormischbrenners also in Betriebszuständen in denen der Vormischbrenner mit mageren Gemischen gefahren wird.A premix burner of the aforementioned type is the subject of German patent application DE 196 54 009 A1. The well-known premix burner has a conically widening housing within which through appropriate provision of air inlet slots a fuel / air mixture formed. Furthermore, a swirl generator is provided downstream, which / Air mixture a certain critical after passing the premix burner Gives swirl number, which is required for a spatially stable flame, the inside the combustion chamber after igniting the fuel / air mixture formed. To start or ignite such premix burners it is necessary a targeted pilot gas supply in the premix burner. After ignition of the Pilot gas fed into the premix burner forms a diffusion flame which  for igniting the fuel that forms axially in the premix burner / Air mixture serves that ideally spatially within the burner chamber forms a stable flame front near the backflow zone. The pilot gas supply also serves to increase the flame stability in the lower part load range of the Premix burner in operating states in which the premix burner lean mixtures is driven.

Besondere Aufmerksamkeit beim Betrieb derartiger Vormischbrennersysteme gilt den während der Verbrennung entstehenden Abgaswerten, und insbesondere den NOx-Emissionen, die sich jedoch im Wege der zusätzlichen Pilotierung und der sich dabei ausbildenden Diffusionsflamme erheblich durch ansteigende Flammentemperaturen verschlechtern.Particular attention in the operation of such premix burner systems is given to the exhaust gas values which arise during the combustion, and in particular the NO x emissions, which, however, deteriorate considerably as a result of the additional piloting and the diffusion flame which forms in the process due to rising flame temperatures.

Unter anderem aus Gründen der Reduzierung von NOx-Emissionen sind Vormischbrenner mit einer nachgeschalteten Mischstrecke bekannt geworden, wie sie beispielsweise aus der EP 0 83 105 A2 hervorgehen. Innerhalb der, dem Vormischbrenner nachgeschalteten Mischstrecke vermag sich das Brennstoff- /Luftgemisch vollständig zu durchmischen, bevor das Gemisch in die Brennkammer zur Zündung gelangt. Jedoch bedürfen auch derartig optimierte Brennersysteme zum Anfahren sowie auch in Betriebszuständen mit nur magerer Gemischzuführung einer an sich bekannten Pilotierung, wie sie insbesondere im unteren Teillastbetrieb von Gasturbinenanlagen Verwendung findet. Auch hier wirkt sich die zusätzliche Pilotgaszuführung nachhaltig auf die durch die Verbrennung entstehenden NOx- Emissionen trotz zusätzlicher Mischstrecke aus.Premix burners with a downstream mixing section have become known, inter alia for reasons of reduction of NO x emissions, as can be seen, for example, from EP 0 83 105 A2. The fuel / air mixture is able to mix completely within the mixing section downstream of the premix burner before the mixture reaches the combustion chamber for ignition. However, burner systems optimized in this way for starting up and also in operating states with only a lean mixture supply require piloting which is known per se, as is used in particular in the lower part-load operation of gas turbine systems. Here too, the additional pilot gas supply has a lasting effect on the NO x emissions caused by the combustion, despite the additional mixing section.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vormischbrenneranordnung mit einer Pilotbrennstoffeinspeisung zum Betrieb einer Brennkammer in einer Gasturbinenanordnung, mit einem Vormischbrenner in dem wenigstens eine Brennstoffzugabeeinheit sowie Zuluftöffnungen derart vorgesehen sind, dass gasförmige und/oder flüssiger Brennstoff mit Verbrennungszuluft innerhalb des Vormischbrenners mischbar sind und ein Brennstoff-/Luftgemisch bilden, das aus dem Vormischbrenner stromab in Richtung Brennkammer, die der Vormischbrenneranordnung nachgeordnet ist, austritt und innerhalb der Brennkammer in Form einer sich räumlich weitgehend stationär ausbildenden Flamme zur Zündung bringbar ist, derart auszubilden, dass einerseits die während der Verbrennung entstehenden NOx-Emissionswerte entscheidend reduziert werden sollen, andererseits die Stabilität der sich innerhalb der Brennkammer ausbildenden Flamme weiter aufrecht bzw. optimiert werden soll. Die hierfür notwendigen konstruktiven Maßnahmen sollen möglichst kostengünstig und auch bei bereits in Betrieb befindlichen Vormischbrenneranordnungen nachrüstbar sein.The invention is based on the object of a premix burner arrangement with a pilot fuel feed for operating a combustion chamber in a gas turbine arrangement, with a premix burner in which at least one fuel addition unit and supply air openings are provided in such a way that gaseous and / or liquid fuel can be mixed and mixed with combustion supply air within the premix burner Form a fuel / air mixture that emerges from the premix burner downstream in the direction of the combustion chamber, which is arranged downstream of the premix burner arrangement, and can be ignited within the combustion chamber in the form of a flame that is largely spatially stationary, so that, on the one hand, those that occur during combustion NO x emission values are to be decisively reduced, on the other hand the stability of the flame forming within the combustion chamber is to be further maintained or optimized. The design measures required for this should be as cost-effective as possible and can also be retrofitted to premix burner arrangements which are already in operation.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist Gegenstand des Anspruchs 1. Im Anspruch 11 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer Vormischbrenneranordnung mit Pilotbrennstoffeinspeisung angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.The object of the invention is achieved Claim 1. In claim 11 is an inventive method for operation a premix burner arrangement with pilot fuel feed specified. The Features of the invention that are advantageously further developed are the subject of Subclaims and the description in particular with reference to the To see embodiments.

Erfindungsgemäß ist eine Vormischbrenneranordnung mit einer Pilotbrennstoffeinspeisung zum Betrieb einer Brennkammer einer Gasturbinenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart ausgebildet, dass außerhalb des Vormischbrenners eine Katalysatoreinheit vorgesehen ist, durch die hindurch die Pilotbrennstoffeinspeisung derart erfolgt, dass ein Pilotbrennstoff- Luft-Gemisch die Katalysatoreinheit durchströmt und in dieser wenigstens teilweise katalytisch umsetzbar ist und als ein die Flamme stabilisierender Stoffstrom in die Brennkammer einströmt.According to the invention is a premix burner arrangement with a Pilot fuel feed for operating a combustion chamber Gas turbine arrangement designed in accordance with the preamble of claim 1, that a catalyst unit is provided outside the premix burner by through which the pilot fuel is fed in such a way that a pilot fuel Air mixture flows through the catalyst unit and at least partially in it is catalytically implementable and as a flame stabilizing material flow into the Combustion chamber flows in.

Der Begriff "Vormischbrenner" betrifft eine Vormischbrenneranordnung, die sich aus einem vorzugsweise kegelförmig ausgebildeten Vormischbrennergehäuse, in dem wenigstens eine Brennstoffeindüsungvorrichtung sowie Zuluftöffnungen enthalten sind, durch die Zuluft zur Bildung eines Brennstoff-Luft-Gemisches im Inneren des Vormischbrennergehäuses strömt, einem sich an das Vormischbrennergehäuse stromab anschließenden Drallerzeuger sowie optional aus einer sich an den Drallerzeuger anschließenden Mischstrecke zusammensetzt.The term "premix burner" refers to a premix burner arrangement that is made up of a preferably conical premix burner housing in which contain at least one fuel injection device and supply air openings are, through the supply air to form a fuel-air mixture inside the The premix burner housing flows to the premix burner housing  downstream swirl generator as well as optionally from a Swirl generator subsequent mixing section is composed.

Ungeachtet der Tatsache, ob die Vormischbrenneranordnung eine dem Drallerezeuger nachgeschaltete Mischstrecke aufweist oder nicht, rückt die erfindungsgemäße Idee von der an sich bekannten Pilotgaszuführung innerhalb des Vormischbrenners, beispielsweise unter Verwendung einer Pilotgaslanze ab, und sieht grundsätzlich eine katalytische Umsetzung eines Pilotbrennstoffes vor, noch bevor dieser in den Bereich der Brennkammer gelangt. Durch die wenigstens teilweise katalytische Umsetzung des zugeführten Pilotbrennstoffes, der vor Eintritt in die Katalysatoreinheit mit Luft vermischt und in Form eines Pilotbrennstoff/Luft- Gemisches die Katalysatoreinheit durchströmt, wird zumindest ein großer Anteil des Pilotbrennstoffes thermisch und/oder katalytisch umgesetzt, wodurch ein in die Brennkammer eintretender Stoffstrom entsteht, der als ein zündfähiges Gasgemisch oder aber als eine Art Heißgasstrom ausgebildet ist. Der in Form eines zündfähigen Gasgemisches ausgebildete Stoffstrom gelangt anschließend unmittelbar in den Bereich der Flammenfront innerhalb der Brennkammer wodurch dieser zur Zündung gebracht wird und nur geringste NOx-Emissionen erzeugt. Auch im Falle einer vollständigen chemischen Umsetzung des Pilotbrennstoffes, die beispielsweise zu einem als Heißgas ausgebildeten Stoffstrom, vorzugsweise bestehend aus den Volloxidationsprodukten CO2 und H2 führt, entstehen nur geringste Anteile von NOx.Regardless of whether the premix burner arrangement has a mixing section downstream of the swirl generator or not, the idea according to the invention moves away from the pilot gas supply known per se within the premix burner, for example using a pilot gas lance, and basically provides for a catalytic conversion of a pilot fuel even before it reaches the area of the combustion chamber. Due to the at least partial catalytic conversion of the supplied pilot fuel, which mixes with air before entering the catalyst unit and flows through the catalyst unit in the form of a pilot fuel / air mixture, at least a large proportion of the pilot fuel is thermally and / or catalytically converted, resulting in a Combustion chamber entering material flow is formed, which is designed as an ignitable gas mixture or as a kind of hot gas flow. The material flow, which is in the form of an ignitable gas mixture, then arrives directly in the area of the flame front within the combustion chamber, causing it to ignite and producing only minimal NO x emissions. Even in the case of a complete chemical conversion of the pilot fuel, which leads, for example, to a material flow in the form of a hot gas, preferably consisting of the full oxidation products CO 2 and H 2 , only minimal amounts of NO x are produced .

Da die katalytische Umsetzung des Pilotbrennstoffes stofflich vollständig getrennt von dem sich innerhalb des Vormischbrenners ausbildenden Brennstoff- /Luftgemisches vollzieht, ist eine freie Pilotbrennstoffwahl nach Art und Menge der Zuführung durch die Katalysatoreinheit möglich.Because the catalytic conversion of the pilot fuel is completely separated of the fuel that forms within the premix burner / Air mixture takes place, is a free choice of pilot fuel according to the type and amount of Feed through the catalyst unit possible.

Die Katalysatoreinheit ist vorzugsweise stromab am Vormischbrenner unmittelbar vor Eintritt in die Brennkammer bzw. stromab der dem Drallerzeuger nachgeschalteten Mischstrecke derart angeordnet, so dass die Katalysatoreinheit die Mischstrecke wenigstens teilweise zirkular umgibt. Als besonders vorteilhaft hat es sich bei einer zirkular um die Mischstrecke angeordnete Katalysatoreinheit herausgestellt, dass der aus der Katalysatoreinheit in die Brennkammer einströmende katalytisch umgesetzte Stoffstrom die sich innerhalb der Brennkammer im Bereich der Rückströmzone ausbildenden Flammenfront entscheidend zu stabilisieren vermag. Der katalytisch umgesetzte Stoffstrom trifft vorzugsweise in Randbereichen auf die sich innerhalb der Brennkammer paraboloidartig ausbildende Flammenfront, wodurch sich, wie Versuche bestätigen, die Stabilität der Flamme steigern lässt. Dies gilt insbesondere beim Betrieb mit mageren Brennstoff-/Luftgemischen, wie es im unteren Teillastbereich der Fall ist.The catalyst unit is preferably immediately downstream of the premix burner Entry into the combustion chamber or downstream of the swirl generator Mixing section arranged such that the catalyst unit the mixing section at least partially surrounds circularly. It has proven to be particularly advantageous for one circularly arranged around the mixing section catalyst unit found that the  catalytically converted flowing from the catalyst unit into the combustion chamber Material flow within the combustion chamber in the area of the backflow zone forming flame front can stabilize decisively. The catalytic converted material flow preferably meets in marginal areas within of the combustion chamber paraboloid-like flame front, whereby how Experiments confirm that the stability of the flame can be increased. This is especially true when operating with lean fuel / air mixtures, such as the one below Partial load range is the case.

Ausführungsbeispiele zur konstruktiven Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Pilotbrennstoffeinspeisung sind den nachstehenden Figuren zu entnehmen.Embodiments for the constructive design of the invention Pilot fuel feeds are shown in the figures below.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The invention is hereinafter described without limitation of the general The inventive concept based on exemplary embodiments with reference to the Drawing described as an example. Show it:

Fig. 1 Längsschnitt durch eine Vormischbrenneranordnung mit katalytischer Pilotbrennstoffeinspeisung sowie Fig. 1 longitudinal section through a premix burner arrangement with catalytic pilot fuel feed and

Fig. 2 Längsschnitt durch eine Vormischbrenneranordnung mit alternativer Pilotbrennstoffeinspeisung. Fig. 2 longitudinal section through a premix burner arrangement with alternative pilot fuel feed.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWays of carrying out the Invention, Industrial Usability

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vormischbrenneranordnung mit einem kegelförmig ausgebildeten Vormischbrennergehäuse 1, in dem eine Brennstoffzugabeeinheit 2, beispielsweise in Form einer Zerstäuberdüse, über die Flüssigbrennstoff zerstäubt werden kann, vorgesehen ist. Über Zuluftöffnungen 3 längs des Vormischbrennergehäuses 1 gelangt Zuluft in das Innere des Vormischbrenners, in dem sich in Gegenwart von drallerzeugenden Mitteln 3', dem sogenannten Drallerzeuger, ein Brennstoff-/Luftgemisch ausgebildet wird, das zur Vollständigen Durchmischung stromab in das Mischrohr 4 gelangt. Stromab des Mischrohrs 4 ist die Brennkammer 5 vorgesehen, innerhalb der sich in an sich bekannter Weise eine stabile Flammenfront 7 innerhalb der Rückströmzone 8 ausbildet. Fig. 1 shows a longitudinal section through a premix burner arrangement with a conically designed premix burner housing 1 in which a fuel addition unit 2, for example in the form of a spray nozzle, can be sprayed through the liquid fuel, is provided. Via supply air openings 3 along the premix burner housing 1 , supply air enters the interior of the premix burner, in which a fuel / air mixture is formed in the presence of swirl-generating means 3 ', the so-called swirl generator, which passes downstream into the mixing tube 4 for complete mixing. Downstream of the mixing tube 4 , the combustion chamber 5 is provided, within which a stable flame front 7 is formed within the return flow zone 8 in a manner known per se.

Außerhalb des Mischrohrs 4 ist eine das Mischrohr 4 zirkular vollständig umgebende Katalysatoreinheit 6 vorgesehen.Outside the mixing tube 4 a catalyst unit 6 is provided which completely surrounds the mixing tube 4 .

Die Katalysatoreinheit 6 ist aus einem, das Mischrohr 4 an seinem der Brennkammer 5 zugewandten Ende vollständig umgebenden Zylindermantel 9 ausgebildet, das ein mit der Außenwand des Mischrohrs 4 begrenztes Volumen einschließt, in dessen, der Brennkammer 5 zugewandten Bereich Katalysatormaterial 10 vorgesehen ist. Der Katalysator 10 grenzt stromab unmittelbar an die Brennkammer 5, so dass ein den Katalysator 10 durchdringender Stoffstrom unmittelbar in die Brennkammer 5 (siehe Pfeildarstellung) einmünden kann. Der Katalysator 10 innerhalb der Katalysatoreinheit 6 stromauf vorgeschaltet ist ein Mischbereich 11 vorgesehen, innerhalb dem sich zugeführter Pilotbrennstoff mit Luft vollständig durchmischen kann. Die Zufuhr von Pilotbrennstoff, vorzugsweise in gasförmiger Form, bspw. Buthan oder Methan, erfolgt über eine, innerhalb des Mischrohrs 4 eingearbeitete Pilotbrennstoffzuleitung 12, die unmittelbar vor Eintritt in die Mischstrecke 11 der Katalysatoreinheit 6 vorgesehen ist. Über eine Pilotbrennstoffzerstäubungsvorrichtung 13 gelangt der Pilotbrennstoff in die Vormischstrecke 11 der Katalysatoreinheit und durchströmt als Pilotbrennstoff- /Luftgemisch den Katalysator 10. Innerhalb des Katalysators 10 werden zumindest Teile des Pilotbrennstoffes katalytisch und/oder thermisch umgesetzt, so dass nach Durchtritt durch die Katalysatoreinheit 10 ein vorzugsweise als zündfähiges Gasgemisch ausgebildeter Stoffstrom 14 in die Brennkammer 5 einmündet. Der Stoffstrom 14 triff in Randbereiche auf die Flammenfront 7, in denen der Stoffstrom 14 zur Stabilisierung der Flammenfront erheblich beizutragen vermag.The catalyst unit 6 is formed from a cylinder jacket 9 which completely surrounds the mixing tube 4 at its end facing the combustion chamber 5 and which encloses a volume limited to the outer wall of the mixing tube 4 , in the area of which catalyst material 10 is provided facing the combustion chamber 5 . The catalyst 10 adjoins the combustion chamber 5 downstream, so that a stream of material penetrating the catalyst 10 can open directly into the combustion chamber 5 (see arrow illustration). A mixing area 11 is provided upstream of the catalytic converter 10 within the catalytic converter unit 6 , within which pilot fuel supplied can mix completely with air. Pilot fuel, preferably in gaseous form, for example butane or methane, is supplied via a pilot fuel feed line 12 which is incorporated within the mixing tube 4 and is provided immediately before entry into the mixing section 11 of the catalyst unit 6 . The pilot fuel reaches the premixing section 11 of the catalyst unit via a pilot fuel atomization device 13 and flows through the catalyst 10 as a pilot fuel / air mixture. At least parts of the pilot fuel are converted catalytically and / or thermally within the catalytic converter 10 , so that after passing through the catalytic converter unit 10, a material flow 14, preferably in the form of an ignitable gas mixture, opens into the combustion chamber 5 . The material flow 14 meets the flame front 7 in edge regions, in which the material flow 14 is able to contribute significantly to stabilizing the flame front.

In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform zur Pilotbrennstoffeinspeisung für eine Vormischbrenneranordnung gemäß Fig. 1 dargestellt. Ähnlich wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 weist die in Fig. 2 dargestellte Vormischbrenneranordnung einen kegelförmig ausgebildeten Vormischbrenner 1 auf, der stromab mit einem Mischrohr 4 verbunden ist, das seinerseits stromab an eine nicht dargestellte Brennkammer angrenzt. FIG. 2 shows an alternative embodiment for the pilot fuel feed for a premix burner arrangement according to FIG. 1. Similar to the exemplary embodiment in FIG. 1, the premix burner arrangement shown in FIG. 2 has a conical premix burner 1 , which is connected downstream to a mixing tube 4 , which in turn adjoins a combustion chamber (not shown) downstream.

Um das Mischrohr 4 ist ein das Mischrohr zirkular vollständig umgebendes Außengehäuse 15 angeordnet, das eine Pilotbrennstoffzuleitung 12 einschließt. Das Außengehäuse 15 schließt mit dem Mischrohr 4 einen Zwischenspalt 16 ein, über den Zuluft in eine als Venturirohr ausgebildete Mischstrecke 11 einströmen kann. Innerhalb der Mischstrecke 11, an der Stelle, an der das Venturirohr den engsten Strömungsquerschnitt aufweist, tritt Pilotbrennstoff in die Mischstrecke 11 ein und wird mit der Zuluft zu einem Pilotbrennstoff-/Luftgemisch vermengt. Stromab tritt das Gemisch durch den Katalysator 10, in dem der Pilotbrennstoff wenigstens teilweise thermisch und/oder katalytisch umgesetzt wird und als vorzugsweise zündfähiges Gasgemisch in die Brennkammer 5 eintritt.Arranged around the mixing tube 4 is an outer housing 15 which completely circularly surrounds the mixing tube and which includes a pilot fuel feed line 12 . The outer housing 15 encloses with the mixing tube 4 an intermediate gap 16 , through which supply air can flow into a mixing section 11 designed as a Venturi tube. Within the mixing section 11 , at the point where the Venturi tube has the narrowest flow cross section, pilot fuel enters the mixing section 11 and is mixed with the supply air to form a pilot fuel / air mixture. The mixture passes downstream through the catalyst 10 , in which the pilot fuel is at least partially converted thermally and / or catalytically and enters the combustion chamber 5 as a preferably ignitable gas mixture.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme der katalytischen Pilotierung unmittelbar vor Eintritt in die Brennkammer ist es zum einen möglich, die üblicherweise bei Pilotgaszuführungen verbundenen Anstiege der NOx-Emissionswerte entscheidend zu verringern, zum anderen vermag die in den Randbereichen der Flammenfront in die Brennkammer einströmende Pilotgaszufuhr die Flamme entscheidend zu stabilisieren, insbesondere in kritischen Lastbereichen der Gasturbinenanlage. The inventive measure of catalytic piloting immediately before entering the combustion chamber makes it possible, on the one hand, to significantly reduce the increases in NO x emission values usually associated with pilot gas supplies, and on the other hand, the pilot gas supply flowing into the combustion chamber in the edge regions of the flame front is capable of the flame decisive stabilization, especially in critical load areas of the gas turbine plant.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Vormischbrennergehäuse
premix burner

22

Brennstoffzugabeeinheit
Fuel metering unit

33

Zuluftöffnung
air intake opening

33

' Drallerzeugende Mittel, Drallerzeuger
'' Swirl generating agents, swirl generators

44

Mischrohr
mixing tube

55

Brennkammer
combustion chamber

66

Katalysatoreinheit
catalyst unit

77

Flammenfront
flame front

88th

Rückströmzone
backflow

99

Katalysatorgehäuse
catalytic converter housing

1010

Katalysator
catalyst

1111

Mischvolumen, Mischstrecke
Mixing volume, mixing distance

1212

Pilotbrennstoffzuleitung
Pilot fuel supply line

1313

Pilotbrennstoffzerstäubungsvorrichtung
Pilotbrennstoffzerstäubungsvorrichtung

1414

Katalytisch umgesetzter Stoffstrom
Catalytically implemented material flow

1515

Außengehäuse
outer casing

1616

Zwischenspalt
intermediate gap

Claims (15)

1. Vormischbrenneranordnung mit einer Pilotbrennstoffeinspeisung zum Betrieb einer Brennkammer (5) einer Gasturbinenanordnung, mit einem Vormischbrenner, in dem wenigstens eine Brennstoffzugabeeinheit (2) sowie Zuluftöffnungen (3) derart vorgesehen sind, dass gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff mit Verbrennungszuluft innerhalb des Vormischbrenners (1) mischbar sind und ein Brennstoff-Luft-Gemisch bilden, das aus dem Vormischbrenner stromab in Richtung Brennkammer (5), die dem Vormischbrenner nachgeordnet ist, austritt und innerhalb der Brennkammer (5) in Form einer sich räumlich weitgehend stationär ausbildenden Flamme zu Zündung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Vormischbrenners eine Katalysatoreinheit (6) vorgesehen ist, durch die hindurch die Pilotbrennstoffeinspeisung derart erfolgt, dass ein Pilotbrennstoff/Luft-Gemisch die Katalysatoreinheit (6) durchströmt und in der Katalysatoreinheit (6) wenigstens teilweise katalytisch umsetzbar ist und als ein die Flamme stabilisierender Stoffstrom in die Brennkammer (5) einströmt.1. premix burner arrangement with a pilot fuel feed for operating a combustion chamber ( 5 ) of a gas turbine arrangement, with a premix burner in which at least one fuel addition unit ( 2 ) and supply air openings ( 3 ) are provided in such a way that gaseous and / or liquid fuel with combustion air within the premix burner ( 1 ) are miscible and form a fuel-air mixture which emerges from the premix burner downstream in the direction of the combustion chamber ( 5 ), which is arranged downstream of the premix burner, and within the combustion chamber ( 5 ) in the form of a largely stationary flame for ignition can be brought, characterized in that outside the premix burner a catalyst unit ( 6 ) is provided, through which the pilot fuel is fed in such a way that a pilot fuel / air mixture flows through the catalyst unit ( 6 ) and in the catalyst unit ( 6 ) at least partially catalytically and can be used and flows into the combustion chamber ( 5 ) as a stream of material that stabilizes the flame. 2. Vormischbrenneranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoreinheit (6) den Vormischbrenner stromab an dessen Ausgang vor Eintritt in die Brennkammer (5) wenigstens teilweise zirkular umgibt.2. premix burner arrangement according to claim 1, characterized in that the catalyst unit ( 6 ) surrounds the premix burner at least partially circularly downstream of its outlet before entering the combustion chamber ( 5 ). 3. Vormischbrenneranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Pilotbrennstoffeinspeisung eine Pilotbrennstoffzuleitung (12) sowie eine Pilotbrennstoffzerstäubungsvorrichtung (13) vorgesehen sind, die den Pilotbrennstoff in eine Mischstrecke (11) einbringt, in der der eingebrachte Pilotbrennstoff mit Zuluft mischbar ist und das durch die Katalysatoreinheit (6) hindurchtretende Pilotbrennstoff/Luft-Gemisch bilden. 3. premix burner arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that a pilot fuel feed line ( 12 ) and a pilot fuel atomization device ( 13 ) are provided for pilot fuel feed, which introduces the pilot fuel into a mixing section ( 11 ) in which the pilot fuel introduced can be mixed with supply air and form the pilot fuel / air mixture passing through the catalyst unit ( 6 ). 4. Vormischbrenneranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Katalysatoreinheit (6) austretende Stoffstrom in unmittelbarer Nähe zum, aus dem Vormischbrenner austretenden Brennstoff-Luft-Gemisch in die Brennkammer (5) einmündet.4. premix burner arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the material stream emerging from the catalyst unit ( 6 ) opens in the immediate vicinity of the fuel-air mixture emerging from the premix burner into the combustion chamber ( 5 ). 5. Vormischbrenneranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Katalysatoreinheit (6) austretende Stoffstrom das, aus dem Vormischbrenner austretende Brennstoff-Luft-Gemisch zirkular vollständig umgibt und in die Brennkammer (5) eintritt.5. Premix burner arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the material stream emerging from the catalyst unit ( 6 ) completely surrounds the fuel-air mixture emerging from the premix burner and completely enters the combustion chamber ( 5 ). 6. Vormischbrenneranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pilotbrennstoffzuleitung (12), die Pilotbrennstoffzerstäubungsvorrichtung (13), die Mischstrecke (11) sowie die Katalysatoreinheit (6) zirkular um den Vormischbrenner angeordnet und von diesem einseitig begrenzt sind.6. premix burner arrangement according to one of claims 3 to 5, characterized in that the pilot fuel feed line ( 12 ), the pilot fuel atomization device ( 13 ), the mixing section ( 11 ) and the catalyst unit ( 6 ) are arranged in a circle around the premix burner and are limited on one side by the latter. 7. Vormischbrenneranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vormischbrenner ein kegelförmig ausgebildetes Vormischbrennergehäuse (1) mit Drallerzeuger (3') vorsieht sowie ein Mischrohr (4) umfasst, das sich stromab an den Drallerzeuger (3') anschließt und stromab mit der Brennkammer (5) verbunden ist.7. premix burner arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the premix burner provides a conical premix burner housing ( 1 ) with swirl generator ( 3 ') and comprises a mixing tube ( 4 ) which is connected downstream to the swirl generator ( 3 ') and is connected downstream to the combustion chamber ( 5 ). 8. Vormischbrenneranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das kegelförmige Vormischbrennergehäuse (1), der Drallerzeuger (3') und das Mischrohr (4) als getrennte Bauteile ausgebildet sind.8. premix burner arrangement according to claim 7, characterized in that the conical premix burner housing ( 1 ), the swirl generator ( 3 ') and the mixing tube ( 4 ) are designed as separate components. 9. Vormischbrenneranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoreinheit (6) im Bereich des stromabgewandten Endes des Mischrohrs (4) vorgesehen ist.9. premix burner arrangement according to claim 7 or 8, characterized in that the catalyst unit ( 6 ) is provided in the region of the downstream end of the mixing tube ( 4 ). 10. Vormischbrenneranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pilotbrennstoff gasförmig ist. 10. premix burner arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the pilot fuel is gaseous.   11. Vormischbrenneranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Katalysatoreinheit (6) austretende Stoffstrom ein zündfähiges Gasgemisch ist.11. premix burner arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that the material stream emerging from the catalyst unit ( 6 ) is an ignitable gas mixture. 12. Verfahren zum Betrieb einer Vormischbrenneranordnung mit einer Pilotbrennstoffeinspeisung zum Betrieb einer Brennkammer (5) einer Gasturbinenanordnung, mit einem Vormischbrenner, in dem gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff mit Verbrennungszuluft zu einem Brennstoff-Luft-Gemisch gemischt werden, das aus dem Vormischbrenner stromab in Richtung Brennkammer, die dem Vormischbrenner nachgeordnet ist, austritt und innerhalb der Brennkammer zu Zündung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass getrennt vom Brennstoff-Luft-Gemisch innerhalb des Vormischbrenners ein Pilotbrennstoff mit Zuluft zu einem Pilotbrennstoff/Luft- Gemisch außerhalb des Vormischbrenners gebildet wird, das durch eine Katalysatoreinheit geleitet und in dieser wenigstens teilweise katalytisch umgesetzt wird und in die Brennkammer eintritt.12. Method for operating a premix burner arrangement with a pilot fuel feed for operating a combustion chamber ( 5 ) of a gas turbine arrangement, with a premix burner in which gaseous and / or liquid fuel are mixed with combustion air to form a fuel-air mixture which flows downstream from the premix burner Direction of the combustion chamber, which is downstream of the premix burner, exits and is ignited within the combustion chamber, characterized in that a pilot fuel with supply air to a pilot fuel / air mixture outside the premix burner is formed separately from the fuel-air mixture within the premix burner. which is passed through a catalyst unit and is at least partially catalytically converted in it and enters the combustion chamber. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Pilotbrennstoff/Luft-Gemisch nach Austritt aus der Katalysatoreinheit das Brennstoff-Luft-Gemisch zirkular umschließt und innerhalb der Brennkammer zusammen mit dem Brennstoff-Luft-Gemisch gezündet wird.13. The method according to claim 12, characterized in that the pilot fuel / air mixture exits after the catalyst unit circularly encloses the fuel-air mixture and within the combustion chamber is ignited together with the fuel-air mixture. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoff-Luft-Gemisch nach Durchlaufen einer Mischstrecke innerhalb eines Mischrohrs in die Brennkammer gelangt und mit dem Pilotbrennstoff/Luft-Gemisch zusammengeführt wird.14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that the fuel-air mixture after passing through a Mixing section within a mixing tube enters the combustion chamber and with the Pilot fuel / air mixture is merged. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Pilotbrennstoff/Luft-Gemisch derart fett eingestellt wird, dass nach Durchtritt durch die Katalysatoreinheit ein H2/CO-Gemisch gebildet wird, wodurch die Flammenfront chemisch stabilisiert wird.15. The method according to any one of claims 12 to 14, characterized in that the pilot fuel / air mixture is set so rich that an H 2 / CO mixture is formed after passing through the catalyst unit, whereby the flame front is chemically stabilized.
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